Jakie są reakcje egzotermiczne?
Zmiany fazowe w materii dzielą się na dwie podstawowe kategorie: endotermiczną i egzotermiczną. W języku greckim egzotermia oznacza „ciepło zewnętrzne”, w przeciwieństwie do „ciepła wewnętrznego” endotermii. Reakcje endotermiczne wymagają ciepła lub energii, aby powstały nowe wiązania chemiczne, na przykład gdy kostka lodu zostanie stopiona w ciecz, a następnie zagotowana w parę. Z drugiej strony reakcje egzotermiczne wytwarzają więcej energii niż jest to potrzebne do ich ułatwienia, powodując wzrost temperatury bezpośrednio wokół reakcji. Dzieje się tak, gdy deszcz tworzy się w chmurze, a nawet gdy deszcz zamarza w lód na ziemi.
Niektóre z najbardziej ilustracyjnych reakcji egzotermicznych obejmują płomienie. Zapałki, ogniska, fajerwerki i rakiety wykorzystują reakcje egzotermiczne do wytworzenia energii wykorzystywanej do różnych celów. Wiele ułatwia reakcje endotermiczne, takie jak robienie chleba, gotowanie zupy lub podgrzewanie rąk. Reakcje egzotermiczne nie tylko wydzielają ciepło; często wymagają co najmniej początkowego dostarczenia energii, która zapewnia tak zwaną energię aktywacji. Jednak w reakcjach egzotermicznych zainwestowana energia zawsze będzie mniejsza niż całkowita wytworzona energia; iskra nigdy nie będzie większa niż płomień.
Inne reakcje egzotermiczne są trudniejsze do zaobserwowania. Kiedy na metalu powstaje rdza, kolejna powszechna reakcja egzotermiczna, nie wydaje się, aby proces oddawał ciepło. Jednak ciepło zostało uwolnione; w ciągu kilku godzin, w odpowiednich warunkach wilgoci, światła i temperatury, mieszanie się żelaza i tlenu wytwarza tlenek żelaza i odrobinę ciepła.
Naukowcy używają przyrządu zwanego kalorymetrem do pomiaru ilości ciepła wytwarzanego przez zmianę fazy lub reakcję chemiczną. Obejmuje to przeprowadzenie reakcji w łaźni wodnej w celu zmierzenia wytworzonej zmiany temperatury. Wyniki wskazują, czy dana reakcja jest endotermiczna czy egzotermiczna.
Nauczyciele chemii często stosują jeden lub kilka dokładnie nadzorowanych eksperymentów w celu zilustrowania zasad reakcji egzotermicznych. Lekcja może być tak prosta, jak zapalenie zapałki i wyjaśnienie, w jaki sposób iskra zapala egzotermiczną reakcję między siarką i tlenem w celu wytworzenia ciepła. Kolejny powszechny eksperyment obejmuje mieszanie wody i chlorku wapnia, środka odladzającego stosowanego również w przenośnych zestawach grzewczych, a następnie mierzenie ilości ciepła wytwarzanego w reakcji.
Wielu naukowców kryminalistycznych wyczerpująco bada reakcje egzotermiczne. Najpierw muszą dowiedzieć się, jak zachodzą różne reakcje chemiczne i ile ciepła jest wytwarzane. Jako badacze wiedza ta lepiej przygotowuje ich do odkrycia, co spowodowało pożar lub eksplozję - i ustalenia, jak najlepiej zgasić ich w przyszłości.